JP6553495B2 - ホログラム記録再生方法およびホログラム記録再生装置 - Google Patents

Description

本発明は、ホログラム記録再生方法およびホログラム記録再生装置に関する。更に詳しくは、２次元化されたデジタルビットパターンを記録媒体にホログラムとして多重に記録することにより大容量光メモリを構成する上で、大容量化が可能なホログラム記録再生方法およびホログラム記録再生装置に関する。

従来より、ホログラムを用いてデジタル情報を二次元的に記録再生するホログラム記録再生方法が提案されている。このホログラム記録再生方法においては、デジタル情報を記録する場合には、複数の画素よりなる空間光変調器で変調された、デジタル情報（データ情報）を担持した信号光と、当該信号光とコヒーレントな参照光とを記録媒体内で干渉させることにより得られる干渉縞を、前記デジタル情報を担持したホログラムとして記録する。また、記録媒体におけるホログラムに記録されたデータ情報を再生する場合には、ホログラムの記録に用いた参照光をホログラムに照射することにより、回折光を発生させＣＣＤ（撮像素子）上に、ホログラムとして記録されているデジタル情報の画像を形成させる。

このようなホログラム記録再生方法において、具体的なホログラム記録法としては、角度多重記録方式、球面参照光シフト多重記録方式およびスペックル参照光多重記録方式などが挙げられる。

角度多重記録方式によるホログラム記録法は、記録媒体に対する参照光の照射角度をわずかずつ変更させ、当該記録媒体における或る一領域にホログラムの多重記録を行う。記録媒体の厚みが厚い（具体的には、１ｍｍ以上）場合には、ブラッグ回折条件が角度的に厳しくなり、角度が０．１°程度でブラッグ回折角条件が外れて読み出しが不可能となる。この原理を利用して、記録媒体において、同一領域に数百個のホログラムを記録（多重記録）する。この角度多重記録方式においては、多重記録をブック単位で行う。すなわち、或る一領域においてホログラムの多重記録を行った後、光（信号光および参照光）の照射領域を変更し、当該一領域とは重ならない他の一領域において新たなホログラムの多重記録をブック単位で順次に行う。

スペックル参照光多重記録方式によるホログラム記録法は、参照光スペックルパターンで変調されている。このスペックルパターンで変調された参照光と信号光とが記録媒体で干渉し、ホログラムが記録される。このため、記録媒体に記録されたホログラムを再生する際には、参照光がホログラムの記録時と同様のスペックルパターンである場合のみ再生が可能となる。而して、記録媒体をわずかな距離（具体的には、１０μｍ程度）シフトさせると、スペックルパターンの一致（スペックルパターンの相関）が崩れてホログラムの再生が不可能となる。この原理を利用して、ホログラムの多重記録を、記録媒体をシフトさせて行う。すなわち、わずかに記録媒体をシフトさせるだけで新たなホログラムの記録が可能となってシフト多重記録を繰り返すことができる。

球面参照光シフト多重記録方式によるホログラム記録法は、参照光を球面波とすること以外は、前記のスペックル参照光多重記録方式と同様に、記録媒体をわずかにシフトさせて多重記録を行う。参照光を球面波とすることにより、スペックルパターンと同様な効果が発揮され、記録媒体をわずかな距離シフトさせるだけでホログラムが再生されず、新たなホログラムを記録することが可能となってシフト多重記録を繰り返すことができる。

特開２０１０−６１７５０号公報

従来より検討されていた角度多重記録方式においては、参照光角度を０．０１〜０．０２°程度の精度で設定する必要がある。このような精度での角度調整は、わずかな環境温度の変化やドライブの振動によって簡単に影響を受ける範囲のものとなる。このため、実使用環境では、高度な角度制御技術が必要となる。また、レンズ系の開口数制限により角度変化の領域を拡張することは困難であり、記録密度の向上を図ることが困難になる、という問題がある。
また、従来より検討されていた球面参照光シフト多重記録方式においては、信号光の光軸と参照光の光軸とによって形成される平面内に沿った一軸方向に対しては、わずかなシフトで多重記録が可能であるが、その軸に垂直な方向にはシフト選択性が弱く、２次元での多重記録が困難である。そのため、球面参照光シフト多重記録方式のみによっては、記録情報の高密度化は難しい。
また、スペックル参照光多重記録方式においては、参照光をスペックルパターン（振幅あるいは位相パターン）がランダム化された形で変調を行う必要があるが、これらはノイズを多く発生させ信号対雑音比を低下させる、という問題がある。また、パターンの一致を厳しい精度で行う必要がることから、ドライブ・媒体互換性の確保が困難である、という問題もある。

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、記録媒体における記録情報の高密度化を図ることができると共に高速転送することのできるホログラム記録再生方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、記録媒体における記録情報の高密度化を図ることができ、しかも、シフト多重記録を行うに際しての記録媒体の位置合わせを容易に行うことができて高速化を図ることができるホログラム記録再生装置を提供することにある。

本発明のホログラム記録再生方法は、データ情報を担持した信号光と参照光との干渉縞を記録媒体にホログラムとして記録すると共に、ホログラムが記録された記録媒体に対し、参照光を照射することによりホログラムに記録されたデータ情報を再生するホログラム記録再生方法において、
参照光として球面波を用い、
信号光および参照光を記録媒体に照射する光学機構を、信号光の光軸と参照光の光軸とを含む平面に垂直な基準面に沿った記録媒体の表面に沿って相対的に一方向に移動させて当該記録媒体に一方向のみのシフト多重記録を行うことによってシフト多重ホログラム列を記録した後、当該記録媒体を当該記録媒体の表面が前記基準面に対して傾斜するようにチルトさせ、当該シフト多重ホログラム列が記録された同一のトラック上に、記録媒体の表面が前記基準面に対して所定の角度傾いた状態で、一方向のみのシフト多重記録を行って新たなシフト多重ホログラム列を記録するシフト多重ホログラム列重ね書き過程
を少なくとも１回以上行う工程を経ることにより、複数のシフト多重ホログラム列の多重記録を行うことを特徴とする。

本発明のホログラム記録再生方法においては、前記シフト多重ホログラム列重ね書き過程において、前記記録媒体の表面の、前記基準面に対する傾き角度は、既に記録されたシフト多重ホログラム列の記録領域に参照光が照射されることによって同時に再生される複数のホログラムの再生像が検出器上で分離された状態で再生される角度であることが好ましい。

本発明のホログラム記録再生方法においては、前記記録媒体における複数のシフト多重ホログラム列が記録された記録領域に対して、前記シフト多重ホログラム列重ね書き過程におけるいずれか一のシフト多重ホログラム列の記録を行った条件と同様の参照光照射条件で参照光を照射することにより、当該記録領域に多重記録された複数のホログラムの全てのものを同時に再生することが好ましい。

また、本発明のホログラム記録再生方法は、データ情報を担持した信号光と参照光との干渉縞を記録媒体にホログラムとして記録すると共に、ホログラムが記録された記録媒体に対し、参照光を照射することによりホログラムに記録されたデータ情報を再生するホログラム記録再生方法において、
参照光として球面波を用い、
信号光および参照光を記録媒体に照射する光学機構を、信号光の光軸と参照光の光軸とを含む平面に垂直な基準面に沿った記録媒体の表面に沿って相対的に一方向に移動させて一方向のみのシフト多重記録を行うことによって第１のシフト多重ホログラム列を当該記録媒体における所定のトラック上に記録した後、当該記録媒体を前記一方向を含む平面内において回動させた状態において、一方向のみのシフト多重記録を行うことによって第２のシフト多重ホログラム列をその記録領域の一部が前記第１のシフト多重ホログラム列の記録領域と重なる状態で記録し、記録媒体の表面が前記基準面に対して所定の角度傾いた状態で、一方向のみのシフト多重記録を行って新たなシフト多重ホログラム列を前記第１のシフト多重ホログラム列が記録された同一のトラック上に記録するシフト多重ホログラム列重ね書き過程
を経ることにより、複数のシフト多重ホログラム列の多重記録を行うことを特徴とする。

本発明のホログラム記録再生方法においては、記録媒体としてディスク状記録媒体を用い、
当該記録媒体の表面における記録再生領域を、記録媒体の回転中心から外周縁に向かって径方向に並ぶ複数のブロック単位に分割し、各々のブロック単位における一方向のみのシフト多重記録を、前記光学機構を記録媒体の径方向に相対的に移動させることにより行うことが好ましい。

さらにまた、本発明のホログラム記録再生方法においては、記録媒体における一のブロック単位において、前記シフト多重ホログラム列重ね書き過程を行って複数のシフト多重ホログラム列の多重記録を行った後、当該ブロック単位と径方向に隣接するブロック単位において、前記シフト多重ホログラム列重ね書き過程を行って複数のシフト多重ホログラム列の多重記録を行うことが好ましい。

本発明のホログラム記録再生装置は、データ情報を担持した信号光と参照光との干渉縞を記録媒体にホログラムとして記録すると共に、ホログラムが記録された記録媒体に対し、参照光を照射することによりホログラムに記録されたデータ情報を再生するホログラム記録再生装置において、
記録再生光源と、当該記録再生光源からの光を信号光用の光と参照光用の光とに分割する光分離手段と、信号光用の光をデータ情報を担持した信号光として記録媒体に対して照射する信号光生成用光学系と、参照光用の光を球面波に変換して参照光として記録媒体に対して照射する参照光生成用光学系とを備えた光学機構と、
記録媒体に対する信号光の光軸と参照光の光軸とを含む平面に垂直な基準面に沿った記録媒体をその表面に沿った平面内で一方向に移動させる記録媒体移動機構と、
記録媒体を回動させることにより当該記録媒体の表面を前記基準面に対して傾斜させる記録媒体チルト機構と
を備えており、
記録媒体が前記記録媒体移動機構によって当該記録媒体の表面に沿って一方向に相対的に移動されて当該記録媒体にシフト多重記録が行われることによりシフト多重ホログラム列が記録されると共に、記録媒体チルト機構によって記録媒体の表面を前記基準面に対して傾斜させた状態で、一方向のみのシフト多重記録が行われることによって、新たなシフト多重ホログラム列が記録媒体に既に記録されたシフト多重ホログラム列の記録領域に多重記録されることを特徴とする。

本発明のホログラム記録再生装置においては、記録媒体チルト機構は、記録媒体の表面上において設定された、当該記録媒体に既に記録されたシフト多重ホログラム列の記録領域の中心位置を通る前記一方向に垂直な方向に伸びる軸を中心として、記録媒体を回動させるものであることが好ましい。

さらにまた、本発明のホログラム記録再生装置においては、記録媒体を前記基準面に沿った平面内において回動させる記録媒体回動機構をさらに備えており、
既にシフト多重ホログラム列が記録された記録媒体が前記記録媒体回動機構によって回動された状態において、一方向のみのシフト多重記録が行われることによって、新たなシフト多重ホログラム列がその記録領域の一部が前記既に記録されたシフト多重ホログラム列の記録領域と重なる状態で記録される構成とされていることが好ましい。

さらにまた、本発明のホログラム記録再生装置においては、記録媒体がディスク状記録媒体であって、
前記記録媒体移動機構が、当該記録媒体の記録再生領域が径方向および周方向に分割された複数のブロック単位の各々に対して、当該記録媒体を当該記録媒体の径方向に相対的に移動させるものであり、
記録媒体における一のブロック単位において、複数のシフト多重ホログラム列が、各々のシフト多重ホログラム列の記録領域の周方向の離間距離がホログラムサイズの１／３以上の大きさとなる状態で、記録されることが好ましい。

本発明のホログラム記録再生方法によれば、球面波参照光を用いたシフト多重記録方式によってホログラムの多重記録を行うものにおいて、記録媒体における同一箇所に、複数のシフト多重ホログラム列を独立して多重記録することができるので、記録情報の高密度化を図ることができる。さらに、同一箇所において異なるチルト角度で記録された複数のホログラムを分離して同時に再生することができるので、高速転送をすることができる。
また、上記のホログラム記録再生方法が行われる本発明のホログラム記録再生装置によれば、記録媒体における記録情報の高密度化を図ることができ、しかも、記録媒体移動機構による１軸移動と記録媒体回動機構による回転によって記録媒体における単位記録領域（ブック）に対するアクセスが行われるので、シフト多重記録を行うに際しての記録媒体の位置合わせを容易に行うことができて高速化を図ることができる。

本発明のホログラム記録再生方法に係るシフト多重記録の概要を示す説明図である。 本発明のホログラム記録再生方法によって得られるシフト多重ホログラム列を示す説明図である。 本発明のホログラム記録再生方法におけるクロスシフト多重記録の概要を示す説明図である。 本発明のホログラム記録再生方法におけるチルトシフト多重記録の概要を示す説明図である。 本発明のホログラム記録再生方法によるディスク状媒体に対する多重記録方法の一例の概要を示す説明図である。 一の単位記録領域に記録される周方向に並ぶ複数のシフト多重ホログラム列の記録領域の相互関係を示す説明図である。 本発明におけるホログラムの再生方法の概要を示す説明図である。 本発明のホログラム記録再生装置の一例における光学系の構成を記録媒体と共に示す説明用概略図である。 図８に示すホログラム記録再生装置における記録媒体駆動機構の構成例を概略的に示す斜視図である。

本発明のホログラム記録再生方法は、データ情報を担持した信号光と参照光とを干渉させることにより得られる干渉縞を記録媒体にホログラムとして記録すると共に、ホログラムが記録された記録媒体に対し、参照光を照射することによりホログラムに記録されたデータ情報を再生するものである。具体的には、参照光として球面波（以下、「球面参照光」という。）を用い、信号光の光軸と球面参照光の光軸とを含む平面に垂直な基準面に沿った記録媒体をその表面に沿った平面内で一方向に移動させることにより、記録媒体に一方向のみのシフト多重記録（以下、単に、「シフト多重記録」という。）を行ってシフト多重ホログラム列を記録した後、当該シフト多重ホログラム列が記録された領域に、下記の多重記録工程（１）または下記の多重記録工程（２）を経ることによって新たなシフト多重ホログラム列を多重記録するものである。

多重記録工程（１）は、信号光の光軸と球面参照光の光軸とを含む平面に垂直な基準面に沿った記録媒体の表面における所定のトラック上に、シフト多重記録を行ってシフト多重ホログラム列を記録した後、当該記録媒体の表面が前記基準面に対して所定の角度傾いた状態で、当該シフト多重ホログラム列が記録された同一のトラック上に、シフト多重記録を行って新たなシフト多重ホログラム列を記録するシフト多重ホログラム列重ね書き過程を少なくとも１回以上行うことにより、複数のシフト多重ホログラム列を同一トラック上に多重記録する工程である。
すなわち、多重記録工程（１）は、記録媒体の或る領域に対してシフト多重記録を行って第１のシフト多重ホログラム列を記録した後、当該記録媒体をチルトさせて傾斜させた状態において、第１のシフト多重ホログラム列が記録された領域に対してシフト多重記録を行って第２のシフト多重ホログラム列を多重記録（チルトシフト多重記録）するシフト多重ホログラム列重ね書き過程を少なくとも１回以上行うものである。

多重記録工程（２）は、信号光の光軸と球面参照光の光軸とを含む平面に垂直な基準面に沿った記録媒体の表面における所定のトラック上に、シフト多重記録を行ってシフト多重ホログラム列を記録した後、当該記録媒体を前記一方向を含む平面内において回動させた状態において、シフト多重記録を行って新たなシフト多重ホログラム列をその記録領域の一部が既に記録されたシフト多重ホログラム列の記録領域と重なる状態で、記録する。次いで、２つのシフト多重ホログラム列が記録された領域に、前記基準面に対して所定の角度傾いた状態でシフト多重記録を行って新たなシフト多重ホログラム列を記録する工程を経ることにより、複数のシフト多重ホログラム列を多重記録するものである。
すなわち、多重記録工程（２）は、記録媒体の或る領域に対して第１のシフト多重記録を行い、当該記録媒体を回動（回転）させた状態で、第１のシフト多重記録を行った領域に対してクロスシフト多重記録を行い、その後、当該記録媒体をチルトして傾斜させた状態で、第１のシフト多重記録およびクロスシフト多重記録を行った領域に対して第２のシフト多重記録（チルトシフト多重記録）を行うものである。

記録媒体としては、例えば、光反応性モノマーよりなる記録層を備えたものが用いられる。光反応性モノマーは、光が照射されるとポリマーに変換され、その結果、屈折率が異なる領域が形成され、それがホログラムとなるものである。

本発明のホログラム記録再生方法においては、図１に示すように、記録媒体１０に向かって光路Ｌ２を進行し、参照光集光用対物レンズ４３によって球面波に変換された参照光（球面参照光）と、記録媒体１０に向かって光路Ｌ１を進行し、信号光集光用対物レンズ３７で集光された信号光とが記録媒体１０において干渉し、ホログラム５が形成される。

シフト多重記録は、図１に示されているように、例えば記録媒体１０をｘ軸方向（図１における左右方向）の一方向（図１における右方向）にシフトさせることによって行われる。ここに、図１においては、トラック方向がｘ軸方向（図１における左右方向）、記録媒体１０の厚み方向がｚ軸方向（図１における上下方向）、トラック垂直方向がｙ軸方向（図１における紙面に垂直な方向）とされている。これにより、図２に示されているように、複数のホログラム５が互いに一部が重なる状態で一方向に並ぶよう記録されたシフト多重ホログラム列６が記録される。ここに、一のホログラム５は、平面視で略円形状であって、そのサイズは、例えば直径が５０μｍである。ホログラム５のシフト量は、参照光集光用対物レンズ４３の開口数（ＮＡ）に依存するが、おおよそ１０μｍ以上の大きさであれば、隣接するホログラムのクロストークが生ずることを回避することができる。
このようなシフト多重記録は、信号光および参照光を照射する光学機構を記録媒体１０に対して移動させて行ってもよい。

クロスシフト多重記録は、シフト多重記録が行われた領域をクロス（回動）させながら当該領域に新たなシフト多重記録を行うことによって高密度化を図るものである。
クロスシフト多重記録について、記録媒体における記録再生領域の一の単位記録領域（ブック）に着目して説明すると、図３（ａ）に示すように、シフト多重記録によって例えば第１のシフト多重ホログラム列が単位記録領域（ブック）Ｂに記録された記録媒体を、前記一方向を含む平面内において所定の回動角度θ１で回動させる。ここに、記録媒体を回動させる方法としては、記録媒体をその中心位置（形状中心位置）を中心として回動させてもよいし、シフト多重ホログラム列が記録された領域内において設定された記録媒体の表面に垂直に延びる軸の周りに回動させてもよい。図３（ａ）におけるＢ０は、記録媒体が回動される前の状態の単位記録領域を示す。
この状態において、シフト多重記録を行うことによって、第２のシフト多重ホログラム列を、当該第２のシフト多重ホログラム列が記録された領域（図３（ａ）において実線で囲まれた領域）６２の一部が第１のシフト多重ホログラム列が記録された領域（図３（ａ）において破線で囲まれた領域）６１と重なる状態で、多重記録する。クロスシフト多重記録によって、２つのシフト多重ホログラム列６ａ，６ｂが多重記録された状態を図３（ｂ）に模式的に示す。図３（ｂ）における符号５は、１個のホログラムを示し、白抜きの矢印は、記録媒体のシフト方向を示す。

このクロスシフト多重記録において、回動角度（クロス角度）θ１は、例えば１０°程度とされ、この大きさであればクロストークが生ずることを回避することができる。
回転を取り入れたクロスシフト方式は、前述のシフト多重記録（一方向のみのシフト多重記録）では選択性が弱く、クロストークが発生するため、大容量化が困難になることに伴い、シフト多重記録において高密度化を図るために導入された方式である。

チルトシフト多重記録は、図４（ａ）に示すように、先ず、記録媒体１０の表面が信号光１の光軸と参照光２の光軸とを含む平面に垂直な基準面Ｓに沿った状態でシフト多重記録が行われてシフト多重ホログラム列が記録された当該記録媒体１０、あるいは、シフト多重記録およびクロスシフト多重記録が行われて２つのシフト多重ホログラム列が多重記録された当該記録媒体１０を、図４（ｂ）または図４（ｃ）に示すように、チルトさせてその表面を基準面Ｓに対して所定の傾き角度θ２で傾斜させた状態で、行われる。
図４（ａ）において、信号光１の光軸と参照光２の光軸により形成される平面と垂直な基準面Ｓは、図４（ａ）に示す記録媒体１０の表面と一致している。

チルトシフト多重記録において、記録媒体１０の表面の基準面Ｓに対する傾き角度θ２は、複数のシフト多重ホログラム列が多重記録された記録領域に対して球面参照光が照射されることによって同時に再生される複数のホログラムの再生像が、検出器上で分離された状態で再生される角度であることが好ましい。
具体的には、記録媒体１０の表面の基準面に対する傾き角度θ２は、５°以上であることが好ましい。

また、チルトシフト多重記録においては、記録媒体１０の表面の基準面Ｓに対する傾き方向は、特に限定されるものではなく、図４（ｂ）および図４（ｃ）に示されているように、任意の方向とすることができる。

本発明のホログラム記録再生方法は、ディスク状およびカード状などのいずれの形状を有する記録媒体にも適用することができるが、特に記録媒体としてディスク状の記録媒体を用いる場合には、記録媒体の表面における記録再生領域を、複数のブロック単位に分割し、ブロック単位毎に、複数のシフト多重ホログラム列を多重記録することが好ましい。
以下、本発明のホログラム記録再生方法による、ディスク状の記録媒体（以下、「ディスク状媒体」という。）に対する多重記録の具体的な方法について説明する。

図５は、本発明のホログラム記録再生方法によるディスク状媒体に対する多重記録方法の一例の概要を示す説明図である。
この例では、ディスク状媒体１０の表面における記録再生領域を、ディスク状媒体１０の周方向に並ぶ複数の記録再生部分に分割し、さらに、各々の記録再生部分をディスク状媒体の中心から外周縁に向かって径方向に並ぶ複数のブロック単位に分割し、各々のブロック単位を単位記録領域（ブック）として設定している。

先ず、ディスク状媒体１０における外周縁側に位置される任意の単位記録領域Ｂ１において、複数のシフト多重ホログラム列の多重記録を行う。ここに、単位記録領域Ｂ１は、例えば所定の大きさのトラックピッチで周方向に並ぶ複数の直線状のトラックを有しており、トラック毎に、シフト多重記録を行った後、上記の多重記録工程（１）または多重記録工程（２）によって、複数のシフト多重ホログラム列６の多重記録を行う。一のシフト多重ホログラム列６を得るシフト多重記録は、ディスク状媒体１０をその径方向に移動させることにより行う。
例えば、上記の多重記録工程（１）によって同一トラック上に複数のシフト多重ホログラム列を多重記録する場合には、図６に示すように、複数のシフト多重ホログラム列が、各々のシフト多重ホログラム列の記録領域６５の周方向の離間距離ｔがホログラムサイズｄの１／３以上の大きさとなる状態で、形成されることが好ましい。これにより、隣接するホログラムのクロストークが生ずることを確実に回避することができる。図６（ａ）は、ディスク状媒体１０の中心側に位置される単位記録領域Ｂにおいて記録される周方向に並ぶ複数のシフト多重ホログラム列の記録領域の相互関係を示す。また、図６（ｂ）は、ディスク状媒体１０の外周縁側に位置される単位記録領域Ｂにおいて記録される周方向に並ぶ複数のシフト多重ホログラム列の記録領域の相互関係を示す。

単位記録領域Ｂ１における多重記録を行った後、単位記録領域Ｂ１と径方向に隣接する単位記録領域Ｂ２において、複数のシフト多重ホログラム列６の多重記録を行う。以下同様に、各々の単位記録領域に対するシフト多重ホログラム列重ね書き過程をディスク状媒体１０の外周縁側から中心側に向かって順次に行うことによって、一の記録再生部分にホログラムの記録を行う。このような操作をディスク状媒体１０の周方向に並ぶ複数の記録再生部分の各々について繰り返し行うことにより、ディスク状媒体１０の全面にホログラムの記録を行う。

以上において、単位記録領域（ブック）へのアクセスは、ディスク状媒体１０のその表面に沿った平面内での２軸移動と回転（回動）とによって行う。図５においては、ディスク状媒体１０の移動方向が実線の両矢印で示されており、ディスク状媒体１０の回転方向が破線の矢印で示されている。
なお、シフト多重ホログラム列重ね書き過程は、ディスク状媒体１０の中心側に位置される単位記録領域から外周縁側に向かって径方向に順次に行ってもよい。また、ディスク状媒体１０における単位記録領域（ブック）の設定方法は、上記方法に限定されるものではない。

本発明のホログラム記録再生方法においては、記録媒体に記録された情報、すなわち多重記録された複数のシフト多重ホログラム列の各々における同一箇所に重ね書きされた複数のホログラムを再生する場合には、記録媒体における複数のシフト多重ホログラム列が多重記録された領域（以下、「再生対象部分」ともいう。）に、シフト多重ホログラム列重ね書き過程におけるいずれか一のシフト多重ホログラム列の記録を行った条件と同様の球面参照光照射条件で球面参照光を照射する。これにより、参照光が球面波であるため、図７に示すように、当該再生対象部分において多重記録された複数のホログラムの各々に記録されたデータ情報が同時に異なる方向、つまりブラッグ回折条件が成立する方向に同時に再生される。
図７において、Ｌ１は信号光の光路であり、Ｌ２は参照光の光路であり、Ｌ３は再生光の光路であり、３７は信号光集光用対物レンズであり、４３は参照光集光用対物レンズであり、４９はレンズである。また、同図において、１０Ａは、信号光の光軸と参照光の光軸とを含む平面に垂直な状態の記録媒体を示し、１０Ｂおよび１０Ｃは、各々、基準面に対して傾いた状態の記録媒体を示す。また、８Ａは、記録媒体１０Ａにおいて記録されたホログラムの再生像であり、８Ｂは、記録媒体１０Ｂにおいて記録されたホログラムの再生像であり、８Ｃは、記録媒体１０Ｃにおいて記録されたホログラムの再生像である。

次に、以上のような本発明のホログラム記録再生方法を実施するために用いられるホログラム記録再生装置について、図を用いて説明する。

図８は、本発明のホログラム記録再生装置の一例における光学系の構成を記録媒体と共に示す説明用概略図である。図９は、図８に示すホログラム記録再生装置における記録媒体駆動機構の構成例を概略的に示す斜視図である。
このホログラム記録再生装置は、データ情報を担持した信号光および球面参照光を記録媒体に照射する光学機構と、記録媒体駆動機構と、記録媒体１０に記録されたホログラムからの再生光をレンズ４９を介して検出する撮像素子（具体的には、例えばＣＣＤ）４８とを備えている。Ｌ３は、再生光の光路である。

光学機構は、例えば青色レーザ光源よりなる記録再生光源２１と、記録再生光源２１からのレーザ光を、信号光用の光と参照光用の光とに分割する、例えばプリズムビームスプリッタよりなる光分離手段２２と、光分離手段２２からの信号光用の光をデータ情報（ページデータ）を担持した信号光として記録媒体に照射する信号光生成用光学系と、光分離手段２２からの参照光用の光を球面波に変換して参照光として記録媒体に照射する球面参照光生成用光学系とを備えている。
記録再生光源２１と光分離手段２２との間におけるレーザ光の光路Ｌ上には、シャッタ２３、偏光板２４およびビーム整形用レンズ２５が設けられている。

信号光生成用光学系は、光分離手段２２から記録媒体１０に至る光路Ｌ１を有しており、この光路Ｌ１上には、ビームエクスパンダ３１、空間光変調器（ＳＬＭ）３２、プリズムビームスプリッタ３３、リレーレンズ３４、ナイキストフィルタ３５、位相板３６および信号光集光用対物レンズ３７が設けられている。

球面参照光生成用光学系は、光分離手段２２から記録媒体１０に至る光路Ｌ２を有しており、この光路Ｌ２上には、ＮＤフィルタ４１、半波長板（λ／２板）４２および参照光用の光を球面波に変換して球面参照光を生成する参照光集光用対物レンズ４３が設けられている。符号４６および４７は、参照光用の光の進行方向を変更するための反射ミラーである。

記録媒体駆動機構は、例えばディスク状の記録媒体（ディスク状媒体）１０をその表面（記録面）が当該ディスク状媒体１０に対する信号光の光軸と参照光の光軸とを含む平面に垂直な基準面に沿って延びる姿勢で保持する記録媒体保持手段５１と、ディスク状媒体１０をその表面に沿った平面内で回動（回転）させる記録媒体回動機構５２と、ディスク状媒体１０をその表面に沿った平面内で移動させる記録媒体移動機構５５と、ディスク状媒体１０を回動させて当該ディスク状媒体１０の表面を基準面に対して傾斜させる記録媒体チルト機構５７とを備えている。

記録媒体保持手段５１には、記録媒体回動機構５２を構成する回転軸５３が基準面に垂直な方向に延びるよう設けられており、当該回転軸５３に対して例えばディスク状媒体１０の中央部に設けられた装着用孔が嵌入されて装着されることによりディスク状媒体１０が保持される。Ｃ１はディスク状媒体１０の回転中心軸である。

記録媒体回動機構５２は、記録媒体保持手段５１に設けられた回転軸５３を駆動させる駆動源（図示せず）を備えている。駆動源としては、例えばステッピングモータなどを用いることができる。

記録媒体移動機構５５は、ディスク状媒体１０をその径方向に移動させる１軸ステージ５６を備えている。１軸ステージ５６上には、記録媒体保持手段５１が設けられており、従って、１軸ステージ５６が駆動されることにより記録媒体保持手段５１によって保持されたディスク状媒体１０がその表面に沿った平面内で移動される。

記録媒体チルト機構５７は、ディスク状媒体１０に対する信号光の光軸と参照光の光軸とを含む平面に垂直な方向に延びるチルト回転軸Ｃ２を中心に回転駆動される回転ステージ５８を備えている。チルト回転軸Ｃ２は、例えばディスク状媒体１０の表面（記録面）上に位置されている。回転ステージ５８上には、記録媒体移動機構５５を構成する１軸ステージ５６が設けられており、従って、回転ステージ５８が駆動されることにより、１軸ステージ５６上に設けられた記録媒体保持手段５１によって保持されたディスク状媒体１０がチルト回転軸Ｃ２を中心に回動されてディスク状媒体１０の表面が基準面に対して傾斜した状態とされる。回転ステージ５８の駆動源としては、例えばステッピングモータなどを用いることができる。

このホログラム記録再生装置においては、青色レーザ光源よりなる記録再生光源２１から出射されたレーザ光は、プリズムビームスプリッタ２２によって信号光用の光と参照光用の光に分割される。参照光用の光は、参照光集光用対物レンズ４３によって球面波に変換されて球面参照光としてディスク状媒体１０に照射される。一方、信号光用の光は、空間光変調器（ＳＬＭ）３２で変調された後、ナイキストフィルタ３５でフーリエ面での周波数帯域が調節され、さらに位相板３６で２次元ビットパターンの各ビットにランダム位相が付与され、記録媒体面、すなわちフーリエ面での不要な直流成分光がカットされる。ここに、位相板３６によってフーリエ面での不要な直流成分光がカットされることによれば、ディスク状媒体１０において、光反応性モノマーの無駄な消費が行われなくなる。信号光用の光が位相板３６を透過することで生成された信号光は、信号光集光用対物レンズ３７によって集光されてディスク状媒体１０に照射される。これにより、ディスク状媒体１０においては、信号光と参照光（球面参照光）との干渉縞がホログラムとして記録される。

そして、記録媒体移動機構５５によってディスク状媒体１０がその径方向に移動されてシフト多重記録が行われることによりシフト多重ホログラム列が記録された後、ディスク状媒体１０を記録媒体チルト機構５７によって例えば５°程度チルトさせてディスク状媒体１０の表面を基準面に対して傾斜させた状態において、シフト多重記録が行われることにより新たなシフト多重ホログラムラム列が既にシフト多重ホログラム列が記録された同一トラック上に多重記録される。このとき、ディスク状媒体１０が、チルト回転軸Ｃ２が既に記録されたシフト多重ホログラム列の記録領域の中心位置に位置されよう、記録媒体移動機構５５によって位置あわせが行われる。
このようにしてディスク状媒体１０に記録されたホログラムに係るデータ情報の再生時には、光量を大幅に落とした球面参照光のみがディスク状媒体１０に照射されることにより、複数のホログラムの各々から再生光が互いに異なる方向に発せられる。複数の再生光は、レンズ４９を介して撮像素子（具体的には、例えばＣＣＤ）４８により検出され、ディスク状媒体１０の同一の領域に記録されていた複数のホログラムの各々に係るデータ情報が同時に再生（並列再生）される。

而して、上記のホログラム記録再生方法によれば、球面波参照光を用いたシフト多重記録方式によってホログラムの多重記録を行うものにおいて、記録媒体をチルトすることによって同一箇所に多重記録される複数のホログラムの各々を互いに波数ベクトルの方向が異なるものとすることができる。従って、隣接するホログラムのクロストークを発生させることなく、複数のシフト多重ホログラム列を同一箇所に多重記録することができ、記録情報の高密度化を図ることができる。すなわち、本発明の記録再生方法によれば、多軸チルトシフト多重記録によって記録媒体に記録される情報の大容量化が可能となる。さらに、異なるチルト角度でのホログラムが分離して同時に再生されることから、高速転送をすることができる。

このようなホログラム記録再生方法が実施される上記のホログラム記録再生装置によれば、記録媒体に記録される情報の大容量化を図ることができ、しかも記録媒体移動機構による１軸移動と記録媒体回動機構による回転によって記録媒体における複数の単位記録領域（ブック）に対するアクセスが行われるので、シフト多重記録を行うに際しての記録媒体の位置合わせを容易に行うことができて高速化を図ることができる。また、記録媒体駆動機構自体の構造を簡素化することができるため、所期のホログラム記録再生装置をコスト的に有利に製造することができる。

１ 信号光
２ 参照光
５ ホログラム
６，６ａ，６ｂ シフト多重ホログラム列
６１，６２，６５ 記録領域
Ｂ，Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２ 単位記録領域（ブック）
８Ａ，８Ｂ，８Ｃ 再生像
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 記録媒体（ディスク状媒体）
２１ 記録再生光源（青色レーザ光源）
２２ 光分離手段（プリズムビームスプリッタ）
２３ シャッタ
２４ 偏光板
２５ ビーム整形用レンズ
３１ ビームエクスパンダ
３２ 空間光変調器（ＳＬＭ）
３３ プリズムビームスプリッタ
３４ リレーレンズ
３５ ナイキストフィルタ
３６ 位相板
３７ 信号光集光用対物レンズ
３９ レンズ
４１ ＮＤフィルタ
４２ 半波長板（λ／２板）
４３ 参照光集光用対物レンズ
４６，４７ 反射ミラー
４８ 撮像素子
４９ レンズ
５１ 記録媒体保持手段
５２ 記録媒体回動機構
５３ 回転軸
５５ 記録媒体移動機構
５６ １軸ステージ
５７ 記録媒体チルト機構
５８ 回転ステージ
Ｃ１ ディスク状媒体の回転中心軸
Ｃ２ チルト回転軸
Ｓ 基準面

Claims (10)

1. データ情報を担持した信号光と参照光との干渉縞を記録媒体にホログラムとして記録すると共に、ホログラムが記録された記録媒体に対し、参照光を照射することによりホログラムに記録されたデータ情報を再生するホログラム記録再生方法において、
   参照光として球面波を用い、
   信号光および参照光を記録媒体に照射する光学機構を、信号光の光軸と参照光の光軸とを含む平面に垂直な基準面に沿った記録媒体の表面に沿って相対的に一方向に移動させて当該記録媒体に一方向のみのシフト多重記録を行うことによってシフト多重ホログラム列を記録した後、当該記録媒体を当該記録媒体の表面が前記基準面に対して傾斜するようにチルトさせ、当該シフト多重ホログラム列が記録された同一のトラック上に、記録媒体の表面が前記基準面に対して所定の角度傾いた状態で、一方向のみのシフト多重記録を行って新たなシフト多重ホログラム列を記録するシフト多重ホログラム列重ね書き過程
   を少なくとも１回以上行う工程を経ることにより、複数のシフト多重ホログラム列の多重記録を行うことを特徴とするホログラム記録再生方法。
2. 前記シフト多重ホログラム列重ね書き過程において、前記記録媒体の表面の、前記基準面に対する傾き角度は、既に記録されたシフト多重ホログラム列の記録領域に参照光が照射されることによって同時に再生される複数のホログラムの再生像が検出器上で分離された状態で再生される角度であることを特徴とする請求項１に記載のホログラム記録再生方法。
3. 前記記録媒体における複数のシフト多重ホログラム列が記録された記録領域に対して、前記シフト多重ホログラム列重ね書き過程におけるいずれか一のシフト多重ホログラム列の記録を行った条件と同様の参照光照射条件で参照光を照射することにより、当該記録領域に多重記録された複数のホログラムの全てのものを同時に再生することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のホログラム記録再生方法。
4. データ情報を担持した信号光と参照光との干渉縞を記録媒体にホログラムとして記録すると共に、ホログラムが記録された記録媒体に対し、参照光を照射することによりホログラムに記録されたデータ情報を再生するホログラム記録再生方法において、
   参照光として球面波を用い、
   信号光および参照光を記録媒体に照射する光学機構を、信号光の光軸と参照光の光軸とを含む平面に垂直な基準面に沿った記録媒体の表面に沿って相対的に一方向に移動させて一方向のみのシフト多重記録を行うことによって第１のシフト多重ホログラム列を当該記録媒体における所定のトラック上に記録した後、当該記録媒体を前記一方向を含む平面内において回動させた状態において、一方向のみのシフト多重記録を行うことによって第２のシフト多重ホログラム列をその記録領域の一部が前記第１のシフト多重ホログラム列の記録領域と重なる状態で記録し、記録媒体の表面が前記基準面に対して所定の角度傾いた状態で、一方向のみのシフト多重記録を行って新たなシフト多重ホログラム列を前記第１のシフト多重ホログラム列が記録された同一のトラック上に記録するシフト多重ホログラム列重ね書き過程
   を経ることにより、複数のシフト多重ホログラム列の多重記録を行うことを特徴とするホログラム記録再生方法。
5. 記録媒体としてディスク状記録媒体を用い、
   当該記録媒体の表面における記録再生領域を、記録媒体の回転中心から外周縁に向かって径方向に並ぶ複数のブロック単位に分割し、各々のブロック単位における一方向のみのシフト多重記録を、前記光学機構を記録媒体の径方向に相対的に移動させることにより行うことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のホログラム記録再生方法。
6. 記録媒体における一のブロック単位において、前記シフト多重ホログラム列重ね書き過程を行って複数のシフト多重ホログラム列の多重記録を行った後、当該ブロック単位と径方向に隣接するブロック単位において、前記シフト多重ホログラム列重ね書き過程を行って複数のシフト多重ホログラム列の多重記録を行うことを特徴とする請求項５に記載のホログラム記録再生方法。
7. データ情報を担持した信号光と参照光との干渉縞を記録媒体にホログラムとして記録すると共に、ホログラムが記録された記録媒体に対し、参照光を照射することによりホログラムに記録されたデータ情報を再生するホログラム記録再生装置において、
   記録再生光源と、当該記録再生光源からの光を信号光用の光と参照光用の光とに分割する光分離手段と、信号光用の光をデータ情報を担持した信号光として記録媒体に対して照射する信号光生成用光学系と、参照光用の光を球面波に変換して参照光として記録媒体に対して照射する参照光生成用光学系とを備えた光学機構と、
   記録媒体に対する信号光の光軸と参照光の光軸とを含む平面に垂直な基準面に沿った記録媒体をその表面に沿った平面内で一方向に移動させる記録媒体移動機構と、
   記録媒体を回動させることにより当該記録媒体の表面を前記基準面に対して傾斜させる記録媒体チルト機構と
   を備えており、
   記録媒体が前記記録媒体移動機構によって当該記録媒体の表面に沿って一方向に相対的に移動されて当該記録媒体にシフト多重記録が行われることによりシフト多重ホログラム列が記録されると共に、記録媒体チルト機構によって記録媒体の表面を前記基準面に対して傾斜させた状態で、一方向のみのシフト多重記録が行われることによって、新たなシフト多重ホログラム列が記録媒体に既に記録されたシフト多重ホログラム列の記録領域に多重記録されることを特徴とするホログラム記録再生装置。
8. 記録媒体チルト機構は、記録媒体の表面上において設定された、当該記録媒体に既に記録されたシフト多重ホログラム列の記録領域の中心位置を通る前記一方向に垂直な方向に伸びる軸を中心として、記録媒体を回動させるものであることを特徴とする請求項７に記載のホログラム記録再生装置。
9. 記録媒体を前記基準面に沿った平面内において回動させる記録媒体回動機構をさらに備えており、
   既にシフト多重ホログラム列が記録された記録媒体が前記記録媒体回動機構によって回動された状態において、一方向のみのシフト多重記録が行われることによって、新たなシフト多重ホログラム列がその記録領域の一部が前記既に記録されたシフト多重ホログラム列の記録領域と重なる状態で記録されることを特徴とする請求項７または請求項８に記載のホログラム記録再生装置。
10. 記録媒体がディスク状記録媒体であって、
    前記記録媒体移動機構が、当該記録媒体の記録再生領域が径方向および周方向に分割された複数のブロック単位の各々に対して、当該記録媒体を当該記録媒体の径方向に相対的に移動させるものであり、
    記録媒体における一のブロック単位において、複数のシフト多重ホログラム列が、各々のシフト多重ホログラム列の記録領域の周方向の離間距離がホログラムサイズの１／３以上の大きさとなる状態で、記録されることを特徴とする請求項７または請求項８に記載のホログラム記録再生装置。

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